Desain Kendali Sudut Hadap Kapal Untuk Mengikuti Lintasan Dubins Dengan Halangan Dinamis Menggunakan Kalman Filter - Model Predictive Control (KF-MPC)

Sistem panduan merupakan hal utama dalam perencanaan lintasan untuk menemukan jalur dari posisi awal menuju ke posisi target dengan menghindari tabrakan atau halangan secara aman. Tabrakan bisa terjadi jika kapal tidak dapat menghindari halangan tersebut dan dapat merugikan baik dari segi keselamatan awak kapal dan segi materiil karena lintasan yang diperoleh tidak selalu bebas halangan. Halangan yang terdapat di perairan berupa halangan bergerak dengan percepatan konstan. Selain itu, kapal membutuhkan sistem kendali yang mampu mengarahkan kapal untuk menghadap ke sudut hadap yang diinginkan, sehingga kondisi kapal dapat dikendalikan secara autopilot. Model kapal yang digunakan adalah gabungan dari model dinamika Davidson-Schiff dan model kinematika kapal. Lintasan yang dibutuhkan kapal adalah jalur optimal dan aman dengan waktu yang singkat untuk menempuhnya, sehingga metode Dubins adalah salah satu metode yang tepat karena mampu menemukan jalur terpendek dalam perencanaan lintasan dengan membangkitkan antara kelengkungan garis dan interpolasi kekontinuannya. Lintasan yang diperoleh bisa searah jarum jam atau lintasan berlawanan arah jarum jam, penentuan jenis lintasan tersebut dipengaruhi oleh arah pendekatan halangan (dari depan, samping kanan kiri dan belakang). Kemudian metode kendali adalah metode Model Predictive Control (MPC) karena MPC bisa memprediksi output dari sistem. Agar input kendali lebih akurat maka dilakukan estimasi state pada kapal menggunakan Kalman Filter (KF). Hasil estimasi yang diperoleh selanjutnya digunakan pada metode kendali MPC. Berdasarkan hasil desain kendali KF-MPC dalam pelacakan lintasan Dubins dengan halangan dinamis diperoleh bahwa kapal dapat mengikuti lintasan Dubins dalam menghindari halangan dinamis. ===================================================================================================== The main focus in trajectory planning is the guidance system to find a path from the initial position to the target position by safely avoiding collisions or obstacles. Obstacles can occur if the ship cannot avoid these obstacles and can be detrimental in crew safety and material terms because the trajectory obtained is not always free of obstructions. In the water, they are obstacles that move with constant acceleration. The ship requires a control system that can direct the ship to face the desired angle of view to control the ship’s condition on autopilot. The ship model used combines the Davidson-Schiff dynamics model and the ship’s kinematics model. The trajectory required by the ship is an optimal and safe path with a short time to travel, so the Dubins method is one of the appropriate methods because it can find the shortest path in trajectory planning by generating between the curvature of the line and its continuous interpolation. The path obtained can be clockwise or counterclockwise. The direction of the obstacle approach influences the determination of the type of trajectory (from the front, right side, left, and rear). Then the control method is the Model Predictive Control (MPC) method because MPC can predict the system’s output. So that the control input is accurate, a state estimation on the ship is performed using the Kalman Filter (KF). The estimation results are used in the MPC control method. Based on the results of the KF-MPC control design in tracking Dubins’ trajectory with dynamic obstacles, it is found that the ship can follow Dubins’ trajectory while avoiding dynamic obstacles